Способ определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов и устройство для его реализации

Способ определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов и устройство для его реализации

Реферат

Изобретение относится к области исследований и анализа физических свойств изделий и материалов и может быть использовано, преимущественно, для определения физических свойств текстильных изделий путем приложения сжимающих нагрузок.

Известен способ определения деформационных свойств трикотажного материала при одноосном нагружении [RU 2457485, C1, G01N 33/36, 27.07.2012], заключающийся в определении коэффициента упругости образцов Gdp/dε, где p - растягивающее усилие, ε - относительная деформация образца, по начальному участку диаграммы растяжения, при этом перед проведением испытаний подготавливают образцы из основовязаного сетчатого трикотажа, характеризующегося диаметром мононитей 0,1 мм, линейной плотностью мононитей от 10,4 до 21,5 текс, петельным шагом А от 2 до 2,1 мм, высотой петельного ряда В от 0,7 до 0,9 мм, плотностью вязания по горизонтали П_г от 48 до 50 пет./100 мм, плотностью вязания по вертикали П_в от 152 до 155 пет./100 мм и поверхностной плотностью ρ_s от 62 до 123,5 г/м² с размерами длины L и ширины h их рабочей части, отвечающими отношению L/h, равному не более 0,4, сохраняющему форму петель основовязаного трикотажа по всей поверхности образца.

Недостатком способа является относительно узкая область применения.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ определения деформационных свойств объемных теплоизолирующих материалов и готовых образцов [RU 2231788, C1, G01N 33/36, 27.06.2004], заключающийся в определении изменений параметров образцов после осадки при сжатии их плоским пуансоном при постоянном времени воздействия нагружающих усилий, при этом сжатие объемного текстильного материала и готовых образцов производится составным пуансоном, состоящим из центрального диаметра d и наружного диаметра D≥2d, а испытания проводятся последовательно: сначала центральный пуансон нагружают усилием F_1, затем наружный пуансон нагружают усилием F₂, обеспечивающим равенство осадки под центральным и наружным пуансонами, определяют высоту образцов под центральным пуансоном при заданных значениях усилия F₁ и основные реологические константы, причем это распределение давлений под центральным пуансоном имеет минимальную неоднородность, а влияние краевого эффекта минимизировано.

Недостатком наиболее близкого технического решения относительно способа является относительно узкая область применения, поскольку прилагаемая нагрузка в форме плоского пуансона может быть использована только в частных случаях, например для одеял, матрасов и т.п., и не может быть использована для целого ряда других изделий, например подушек, когда вид реальной нагрузки в процессе эксплуатации готовых изделий существенно отличается, что ограничивает применение способа для исследования их свойств. Указанный фактор предопределяет и относительно низкую точность известного способа для определения свойств, в частности, готовых изделий, поскольку прилагаемая нагрузка в форме плоского пуансона существенно отличается от реальной нагрузки в процессе их эксплуатации. Кроме того, при испытаниях не учитывается такой фактор, как динамика приложения нагрузки и типичные временные интервалы воздействия.

Задача, на решение которой направлено изобретение относительно способа, заключается в расширении области его применения и повышении точности определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов.

Требуемый технический результат заключается в расширении области применения и повышении его точности.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что по способу, заключающемуся в создании нагружающего воздействия на образец изделия и определении по окончании нагружающего воздействия его компрессионных свойств путем оценки соответствующего показателя, согласно изобретению нагружающее воздействие на образец изделия производят нагрузкой, которая по форме, весу и динамике воздействия соответствует типичной нагрузке на изделие в процессе его эксплуатации на типичных временных интервалах воздействия t_в, а в качестве показателя, значения которого оценивают по окончании воздействия, принимают относительную деформацию сжатия ε₀ образца, которую определяют из соотношения:

ε₀=[h(t_в)/H₀]100%,

где h(t_в)=H_0-H₁ - глубина погружения нагрузки по окончании временного интервала воздействия t_в;

H₀ - начальная высота образца изделия перед испытаниями;

H₁ - нижний предел высоты образца изделия на временном интервале воздействия t_в.

Известно устройство для исследования свойств текстильных материалов при фиксированной деформации [RU 2005138610, A, G01N 33/36, 20.06.2007], содержащее тепловую камеру со средствами подачи паровоздушной среды, пассивный и активный зажимы для исследуемого образца материала, механизм нагружения образца, измерительную систему, микропроцессор, логический блок совпадения И и блок сопряжения, причем измерительная система выполнена в виде пневмопривода с пневмоцилиндром и включает датчик давления с электронным выходом и сенсорный датчик начала смещения пассивного зажима, при этом во внутренней части пневмоцилиндра между его торцевыми стенками установлен кольцевой упор фиксации поршня в исходном положении с возможностью герметизации штоковой полости и мгновенного сброса давления в поршневой полости через шлицевые срезы поршня и двухлинейный пневматический клапан, шток жестко связан с пассивным зажимом исследуемого образца, поршневая полость пневмоцилиндра связана с датчиком давления, а датчик давления, сенсорный датчик начала смещения пассивного зажима и логический блок совпадения И скоммутированы посредством блока сопряжения с микропроцессором.

Недостатком устройства является его относительно большая сложность.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному устройству для определения деформационных свойств текстильных изделий является устройство, содержащее испытательный стол, являющийся основанием для размещения образцов изделий, нагрузку, выполненную в виде плоской плиты, установленную на подвесе поверх образцов изделий с возможностью размещения на ней гирь-утяжелителей, а также вертикальную стойку с нанесенной на ней шкалой, при этом подвес подвижно закреплен на вертикальной стойке с возможностью передвижения вдоль нее закрепленного на подвесе указателя изменения положения плоской плиты [История производства пуховых постельных принадлежностей. Ассоциация производителей пуховых спальных принадлежностей. Токио, 1999].

Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, поскольку прилагаемая нагрузка в форме плоской плиты может быть использована только в частных случаях, например для одеял, матрасов и т.п., а также ограниченно использовано для целого ряда других изделий, например подушек, когда вид реальной нагрузки в процессе эксплуатации готовых изделий существенно отличается, что не позволяет использовать устройства с достаточной достоверностью для определения свойств готовых изделий, при эксплуатации которых форма нагрузки, а также динамика и временные интервалы воздействия отличаются от статического воздействия наиболее близкого аналога. Указанный фактор предопределяет и относительно низкую точность известного устройства для определения свойств таких изделий, поскольку прилагаемая нагрузка в форме плоской статичной плиты существенно отличается от реальной нагрузки в процессе их эксплуатации.

Задача, на решение которой направлено изобретение относительно устройства, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов.

Требуемый технический результат заключается в расширении области применения и повышении его точности путем введения дополнительного арсенала технических средств.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее испытательный стол для размещения образцов изделий, нагрузку, выполненную с возможностью воздействия на образцы изделий, а также измерительную шкалу и указатель изменения положения нагрузки, согласно изобретению введены первый рычаг, на одном конце которого закреплена нагрузка, выполненная по форме объектов, имитирующих реальное воздействие на образцы изделий, редуктор-мультипликатор, закрепленный на испытательном столе и кинематически соединенный с указателем изменений положения нагрузки, выполненным в виде стрелки с возможностью ее движения по измерительной шкале, закрепленной на испытательном столе, ось, соединенная одним концом с редуктором, а другим - со вторым концом первого рычага, рамка, закрепленная на испытательном столе, первый и второй цилиндры, соединенные гидравлической линией через дроссельный клапан, и второй рычаг, одним концом шарнирно соединенный с испытательным столом, а в средней части шарнирно соединенный со вторым цилиндром, при этом первый цилиндр шарнирно соединен одним концом с перекладиной рамки, а вторым - с первым рычагом в его средней части.

На чертеже (фиг.1) представлена конструкция устройства для реализации предложенного способа определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов.

На чертеже обозначены: нагрузка 1, выполненная с возможностью воздействия на образцы изделий и выполненная по форме объектов, которые реально воздействуют на реальные изделия. Например, при испытании подушек нагрузка может быть выполнена в виде макета головы человека массой от 4,5 до 7,0 кг.

Кроме того, на чертеже обозначены: первый рычаг 2, первый цилиндр 3, рамка 4 из двух стоек и верхней перекладины, ось 5, редуктор-мультипликатор 6, измерительная шкала 7, образец изделия 8, например подушка, испытательный стол 9, второй цилиндр 10, второй рычаг 11 и дроссельный клапан 12, стрелка 13, пластины-контакты 14.

Указанные элементы соединены в конструкцию устройства следующим образом: испытательный стол 9 является основанием для размещения образцов изделий 8. На одном (свободном) конце первого рычага 2 закреплена нагрузка 1, выполненная по форме объектов, которые реально воздействуют на образцы изделий. Редуктор 6 закреплен на испытательном столе 9 и соединен с указателем изменений положения нагрузки, выполненным в виде стрелки с возможностью ее вращения и соответствующего перемещения вдоль измерительной шкалы 7, закрепленной на испытательном столе 9. Ось 5 соединена с редуктором-мультипликатором 6 и вторым концом первого рычага 2. Рамка 4 из двух прямоугольных стоек 4 и перекладины закреплена на испытательном столе 9. Второй рычаг 11 одним концом шарнирно соединен с испытательным столом 9, например с ножкой стола, а в средней части шарнирно соединен со штоком второго цилиндра 10, который гидравлически через дроссельный клапан 12 соединен с первым цилиндром 3, шток которого шарнирно соединен с первым рычагом 2, а корпус - с перекладиной рамки 4.

Работает устройство для реализации предложенного способа определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов следующим образом.

Нагрузка 1, выполненная в виде макета головы человека, устанавливается в крайнее верхнее положение. В это время стрелка шкалы 7 должна находиться в нулевом положении. С помощью воздействия на свободный конец второго рычага 11 нагрузка 1 опускается на образец 8 изделия. При этом перемещение второго рычага 11 может управляться программно с помощью соответствующих электронно-механических средств. Перемещение нагрузки 1 через ось 5 и редуктор-мультипликатор 6 передается на стрелку 13, поворачивающуюся относительно измерительной шкалы 7. Нагружающее воздействие на образец изделия производят нагрузкой, которая по форме, весу и динамике воздействия соответствует типичной нагрузке на изделие в процессе его эксплуатации на типичных временных интервалах воздействия t_в, что может быть определено, например, на основе обработки статистики наблюдений за использованием подушки и воздействия на нее периодически в течение ночного сна.

В момент касания верхней поверхности образца 8 фиксируется начальная высота образца изделия перед испытаниями H₀. Далее фиксируются нижний предел высоты образца изделия H₁ на временном интервале воздействия t_в, глубина погружения нагрузки h(t_в). Это позволяет, в частности, в качестве параметра образца изделия, изменение значения которого определяют по окончании воздействия, принять относительную деформацию сжатия ε₀ образца, которую определяют из соотношения:

ε₀=[h(t_в)/H₀]100%,

где h(t_в)=H₀-H₁ - глубина погружения нагрузки по окончании временного интервала воздействия t_в;

H₀ - начальная высота образца изделия перед испытаниями;

H₁ - нижний предел высоты образца изделия на временном интервале воздействия t_в

Для упрощения процесса измерений и его автоматизации на нагрузку 1 и поверхность образца 8 изделия могут быть установлены легкие металлические пластины-контакты 14 с включенным в совместную с ними электрическую цепь светодиодом, сигнализирующим о моменте контакта нагрузки 1 с образцом 8. Автоматизация процесса отсчета может быть обеспечена путем снабжения оси стрелки измерителем угла поворота с цифровым формирователем отсчетов.

Таким образом, благодаря введенным усовершенствованиям известных способа и устройства обеспечивается достижение требуемого технического результата относительно способа, заключающегося в расширении области применения, а относительно способа и устройства - в повышении точности определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов, в частности текстильных изделий, например подушек для сна, поскольку используется нагрузка в форме объектов, которые реально воздействуют на реальные изделия в процессе их эксплуатции.

1. Способ определения компрессионных свойств легкодеформируемых материалов, заключающийся в создании нагружающего воздействия на образец изделия и определении по окончании нагружающего воздействия его компрессионных свойств путем оценки соответствующего показателя, отличающийся тем, что, нагружающее воздействие на образец изделия производят нагрузкой, которая по форме, весу и динамике воздействия соответствует типичной нагрузке на изделие в процессе его эксплуатации на типичных временных интервалах воздействия t_в, а в качестве показателя, значения которого оценивают по окончании воздействия, принимают относительную деформацию сжатия ε₀ образца, которую определяют из соотношения:ε₀=[h(t_в)/H₀]100%,где h(t_в)=H₀-H₁ - глубина погружения нагрузки по окончании временного интервала воздействия t_в; Н₀ - начальная высота образца изделия перед испытаниями; Н₁ - нижний предел высоты образца изделия на временном интервале воздействия t_в.

2. Устройство для реализации способа по п.1, содержащее испытательный стол для размещения образцов изделий, нагрузку, выполненную с возможностью воздействия на образцы изделий, а также измерительную шкалу и указатель изменения положения нагрузки, отличающееся тем, что, введены первый рычаг, на одном конце которого закреплена нагрузка, выполненная по форме объектов, имитирующих реальное воздействие на образцы изделий, редуктор-мультипликатор, закрепленный на испытательном столе и кинематически соединенный с указателем изменений положения нагрузки, выполненным в виде стрелки с возможностью ее движения по измерительной шкале, закрепленной на испытательном столе, ось, соединенная одним концом с редуктором, а другим - со вторым концом первого рычага, рамка, закрепленная на испытательном столе, первый и второй цилиндры, соединенные гидравлической линией через дроссельный клапан, и второй рычаг, одним концом шарнирно соединенный с испытательным столом, а в средней части шарнирно соединенный со вторым цилиндром, при этом первый цилиндр шарнирно соединен одним концом с перекладиной рамки, а вторым - с первым рычагом в его средней части.